1. Принцип действия магнитного усилителя.

2. Почему в магнитном усилителе выходной сигнал не влияет на вход­ной?

3. Какими параметрами характеризуется магнитный усилитель?

Глава 23

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

§ 23.1. Назначение и способы введения обратной связи

Характеристики магнитного усилителя могут быть значительно улучшены за счет введения дополнительного воздействия, завися­щего от тока или напряжения на выходе усилителя. Такое воздейст­вие, подаваемое с выхода усилителя на его вход, называется обрат­ной связью.

В магнитных усилителях различают положительную и отрицате­льную, внешнюю и внутреннюю, жесткую и гибкую обратную связь.

При положительной обратной связи выходной сигнал, подавае­ мый на вход усилителя, складывается (суммируется) с входным управляющим сигналом. При положительной обратной связи повы­ шается "кбэффйцйент усиления и улучшается быстродействие маг- нйтн6го^:усилитёля. ^ :

При отрицательной обратной связи выходной сигнал, подавае­мый на вход усилителя, вычитается из входного управляющего сиг­нала. За счет отрицательной обратной связи улучшается стабиль­ность преобразования входного сигнала в выходной, т. е. улучшают­ся измерительные свойства магнитного усилителя. Однако при отрицательной обратной связи уменьшается коэффициент усиле­ния. Поэтому в магнитных усилителях наибольшее распространение получила положительная обратная связь. Если специально не огово­рено, какой вид обратной связи используется, то под словами «маг­нитный усилитель с обратной связью» обычно понимается именно усилитель с положительной обратной связью.

Для осуществления внешней обратной связи предусматривается специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сер­дечниках усилителя так же, как и обмотка управления. При внут­ренней обратной связи никакой дополнительной обмотки обратной связи не требуется. Сигнал обратной связи проходит в виде состав­ляющей через рабочие (выходные) обмотки усилителя. При этом последовательно с рабочими обмотками включаются однополупери-одные выпрямители. За счет постоянной (выпрямленной) составля­ющей выходного тока создается магнитный поток обратной связи, изменяющий степень насыщения сердечника усилителя. При поло­жительной обратной связи магнитный поток обратной связи сумми­руется с магнитным потоком обмотки управления и насыщение сер­дечника увеличивается. Поэтому в литературе усилители с внутрен­ней обратной связью иногда называют усилителями с самонасыщением или самоподмагничиванием.

При жесткой обратной связи сигнал обратной связи пропорци­онален выходному сигналу. При гибкой обратной связи сигнал об­ратной связи пропорционален скорости изменения выходного сиг­нала. Следовательно, гибкая обратная связь действует лишь в пере­ходном процессе, т. е. при изменении выходного сигнала. Она и предназначена для улучшения динамики работы магнитного усили­теля.

§ 23.2. Однотактный магнитный усилитель с внешней обратной связью

Типовые схемы магнитных усилителей с внешней обратной связью приведены на рис. 23.1. Эти магнитные усилители кроме рабочей об­мотки ш_р и обмотки управления w_y имеют специальную обмотку об­ратной связи wqc, в которую подводится сигнал с выхода усилителя.

Существует два вида внешней обратной связи: по току и по на­пряжению. В схеме по рис. 23.1, а в обмотку обратной связи подает­ся выпрямленный ток нагрузки /_н. Таким образом осуществляется обратная связь по току. В схеме по рис. 23.1, б в обмотку обратной связи подается выпрямленное напряжение нагрузки U_n. Так осуще­ствляется обратная связь по напряжению. Направление тока 1_Ж в обмотках обратной связи постоянно и определяется полярностью подключения их к выпрямителю. Если действие тока /„,. в обмотке w_x усиливает действие тока управления /_у в обмотке ш_у, то имеем положительную обратную связь. Магнитодвижущие силы обмоток управления и обратной связи при этом складываются. Перейти от положительной обратной связи к отрицательной можно путем изме­нения полярности (направления) тока управления в обмотке w_y или переменой концов обмотки ш_ж, подключаемой к выпрямителю. В этом случае магнитодвижущие силы обмоток управления и обрат­ной связи вычитаются.

В схеме (рис. 23.1, а) нагрузка может быть включена как посто­янного, так и переменного тока. Нагрузка постоянного тока R_K включена последовательно с обмоткой обратной связи w_x, т. е. по­сле выпрямителя. Нагрузка переменного тока ^включается до вы­прямителя. В этом случае выпрямитель служит только для осущест­вления обратной связи. В некоторых случаях и при нагрузке посто-

янного тока для питания обмотки обратной связи используется отдельный выпрямитель, что повышает стабильность характеристик магнитного усилителя.

Обратная связь по напряжению обычно применяется в мощных магнитных усилителях, т. е. при больших токах нагрузки. В этом случае для выпрямителя в цепи обратной связи по току потребова­лись бы диоды на большие токи, которые имеют большие габариты и используются со специальными охладительными радиаторами. Да и саму обмотку обратной связи потребовалось бы выполнять очень толстым проводом.

С точки зрения принципа действия разницы между усилителя­ми с обратной связью по току и по наиряжению нет.

Для статической характеристики идеального магнитного усили­теля (см. § 22.5) при наличии обратной связи уравнение (22.17) бу­дет иметь вид

где знак плюс соответствует положительной обратной связи, а знак минус — отрицательной.

Поскольку длина пути /для постоянного и переменного магнит­ных потоков у большинства магнитных усилителей одинакова, мож­но записать равенство напряженностей магнитного поля:

где Я_ср — среднее за пол периода значение напряженности перемен­ного магнитного поля; Я₌ — напряженность постоянного магнитно­го поля, создаваемого совместными действиями обмоток управле­ния и обратной связи; Я₌ = Н_У ± Н_ж.

Напряженность магнитного поля, создаваемого обмоткой обрат­ной связи,

Таким образом, коэффициент обратной связи представляет со­бой отношение постоянной составляющей напряженности обратной связи к среднему значению напряженности переменного поля. Чис­ленно он определяется как отношение числа витков обмотки обрат-

В этом уравнении знак минус соответствует положительной об­ратной связи, а знак плюс — отрицательной.

Для внешней обратной связи характерно то, что можно разо­мкнуть обмотку обратной связи, а работоспособность магнитного усилителя сохранится. Коэффициент обратной связи при этом ра­вен нулю, а все формулы будут аналогичны приведенным в гл. 22, если подставить А^. = 0.

С учетом (23.2) и обозначая коэффициенты усиления магнитно­го усилителя без обратной связи через k,_Q (по току), k_uo (по напря­жению), А>₀ (по мощности), получим значение этих коэффициентов при наличии обратной связи:

Таким образом, в магнитных усилителях положительная обрат­ная связь повышает усиление тока, напряжения и мощности.

Теоретически при А"₀₍. = 1 коэффициенты усиления стремятся к бесконечности. Напомним, что вывод формул был проведен для идеального магнитного усилителя. На практике при А^. > 1 усили­тель переходит в релейный режим работы, при котором ток нагруз­ки изменяется скачкообразно, аналогично скачкообразному измене­нию тока в цепи контактов реле при его срабатывании. Такой ре­жим магнитного усилителя используется в бесконтактных магнитных реле, рассматриваемых в гл. 26.